JP3152757B2 - Pulse tube refrigerator - Google Patents

Pulse tube refrigerator

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JP3152757B2
JP3152757B2 JP24998892A JP24998892A JP3152757B2 JP 3152757 B2 JP3152757 B2 JP 3152757B2 JP 24998892 A JP24998892 A JP 24998892A JP 24998892 A JP24998892 A JP 24998892A JP 3152757 B2 JP3152757 B2 JP 3152757B2
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refrigerator
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piston
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透 栗山
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パルスチューブ冷凍機
に係り、特に効率の向上を図れるようにしたパルスチュ
ーブ冷凍機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse tube refrigerator, and more particularly to a pulse tube refrigerator capable of improving efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、構成が比較的簡単で、しかも到達
温度も比較的低い冷凍機としてパルスチューブ冷凍機が
知られている。このパルスチューブ冷凍機には種々のタ
イプがある。何れも基本的には、蓄冷器とパルスチュー
ブとを直列接続してなる寒冷発生器を備え、高圧の冷媒
ガスを蓄冷器を経由させてパルスチューブ内へ導いた後
に逆の経路で排出膨張させることによってパルスチュー
ブ内に寒冷を発生させるようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a pulse tube refrigerator is known as a refrigerator having a relatively simple structure and a relatively low temperature. There are various types of this pulse tube refrigerator. Each of them basically has a cold generator in which a regenerator and a pulse tube are connected in series, and guides a high-pressure refrigerant gas through the regenerator to the inside of the pulse tube and then discharges and expands it in the reverse path. Thereby, cold is generated in the pulse tube.

【0003】ところで、このようなパルスチューブ冷凍
機において、寒冷の発生量を増加させるためには、パル
スチューブ内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相
との間に位相差を持たせる必要がある。このようなこと
から、従来のパルスチューブ冷凍機では、位相差を設け
るための系統を設けているものが多い。図7には位相差
を設けるための系統を備えた従来のパルスチューブ冷凍
機が示されている。すなわち、図中1は寒冷発生器を示
し、2はガス圧縮機を示している。
In order to increase the amount of cold generated in such a pulse tube refrigerator, it is necessary to provide a phase difference between the phase of the pressure fluctuation in the pulse tube and the phase of the displacement of the refrigerant gas. There is. For this reason, many conventional pulse tube refrigerators have a system for providing a phase difference. FIG. 7 shows a conventional pulse tube refrigerator provided with a system for providing a phase difference. That is, in the figure, 1 indicates a cold generator, and 2 indicates a gas compressor.

【0004】寒冷発生器1は、蓄冷器3と、この蓄冷器
3に対して低温熱交換器4を介して直列に接続されたパ
ルスチューブ5とで構成されている。蓄冷器3は、断熱
材あるいは熱伝導率の低い金属材で形成された容器6内
にステンレス鋼や銅のメッシュなどで形成された蓄冷材
7を収容したものとなっている。パルスチューブ5は、
断熱材あるいは熱伝導率の低い金属材でパイプ状に形成
されている。
The cold generator 1 includes a regenerator 3 and a pulse tube 5 connected in series to the regenerator 3 via a low-temperature heat exchanger 4. The regenerator 3 contains a regenerator 7 made of stainless steel or copper mesh in a container 6 made of a heat insulating material or a metal material having a low thermal conductivity. The pulse tube 5
It is formed in a pipe shape from a heat insulating material or a metal material having low thermal conductivity.

【0005】蓄冷器3の入口8は、ガス圧縮機2に接続
されている。ガス圧縮機2は、シリンダ9とピストン1
0とで構成された圧縮室11を備えてなる往復動式のも
のである。ピストン9の背面にはピストンロッド12の
一端側が接続されており、このピストンロッド12の他
端側はガイド機構13にガイドされて図示しない往復動
駆動源に連結されている。
[0005] The inlet 8 of the regenerator 3 is connected to the gas compressor 2. The gas compressor 2 comprises a cylinder 9 and a piston 1
This is a reciprocating type that includes a compression chamber 11 composed of “0” and “0”. One end of a piston rod 12 is connected to the back of the piston 9, and the other end of the piston rod 12 is guided by a guide mechanism 13 and connected to a reciprocating drive source (not shown).

【0006】一方、パルスチューブ5の終端部と蓄冷器
3の入口8との間には、これらを通じさせる、いわゆる
ダブルインレット通路用の配管14が設けてあり、この
配管14の途中には冷媒ガスの流量を調節するためのバ
ルブ15が設けられている。また、パルスチューブ5の
終端部はオリフィスバルブ16を介してバッファータン
ク17にも通じている。そして、上記のように接続され
た系内には、たとえばヘリウムガス等の冷媒ガスが所定
圧力に封入されている。
On the other hand, between the end of the pulse tube 5 and the inlet 8 of the regenerator 3, there is provided a so-called double inlet passage pipe 14 through which the refrigerant gas flows. Is provided with a valve 15 for adjusting the flow rate. The end of the pulse tube 5 also communicates with a buffer tank 17 via an orifice valve 16. A refrigerant gas such as helium gas is sealed at a predetermined pressure in the system connected as described above.

【0007】このように構成されたパルスチューブ冷凍
機では、ピストン10が図中上方に向け往動し、圧縮室
11内の容積が小さくなると、圧縮された冷媒ガスが、
一方においては蓄冷器3内を通ってパルスチューブ5内
へ流れ込み、他方においては配管14を介してパルスチ
ューブ5内およびバッファータンク17内へ流れ込む。
また、ピストン10が図中下方に向け復動すると、パル
スチューブ5内の冷媒ガスは、一方においては蓄冷器3
内を通って圧縮室11内に流れ込み、他方においては配
管14を介して圧縮室11内に流れ込む。
In the pulse tube refrigerator configured as described above, when the piston 10 moves upward in the figure and the volume in the compression chamber 11 decreases, the compressed refrigerant gas is discharged.
On the one hand, it flows into the pulse tube 5 through the regenerator 3, and on the other hand, it flows into the pulse tube 5 and the buffer tank 17 via the pipe 14.
When the piston 10 moves backward in the figure, the refrigerant gas in the pulse tube 5 is discharged to the regenerator 3 on the one hand.
It flows into the compression chamber 11 through the inside, and on the other hand, flows into the compression chamber 11 via the pipe 14.

【0008】このような冷媒ガスの流れに伴ってパルス
チューブ5内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。この
寒冷の一部は低温熱交換器4を介して被冷却物を冷却す
る。また、残りは冷媒ガスが逆の経路で戻るときに蓄冷
材7の冷却に供される。
[0008] With such a flow of the refrigerant gas, a pressure fluctuation occurs in the pulse tube 5, causing cold. A part of the cold cools the object to be cooled via the low-temperature heat exchanger 4. The remainder is used for cooling the cold storage material 7 when the refrigerant gas returns in the reverse route.

【0009】このとき、バルブ15およびオリフィスバ
ルブ16の開度を調節することによって最適な運転状況
を作り出すことができる。すなわち、配管14,バルブ
15,オリフィスバルブ16およびバッファータンク1
7は、前述した位相差の形成に寄与している。
At this time, an optimal operating condition can be created by adjusting the opening of the valve 15 and the orifice valve 16. That is, the pipe 14, the valve 15, the orifice valve 16, and the buffer tank 1
7 contributes to the formation of the above-mentioned phase difference.

【0010】しかしながら、上記のように構成された従
来のパルスチューブ冷凍機にあっては、前述した位相差
の調節範囲がガス圧縮機2によって制限されるため、位
相差を十分に大きくすることが困難で、たとえば低温部
に膨張ピストンを備え、このピストンによって強制的に
位相差を持たせるようにしたスターリング冷凍機より効
率が低いと言う問題があった。また、シリンダ9とピス
トン10との間の摺動抵抗によって圧縮効率が低下し、
これも冷凍機の効率を低下させる一因となっていた。
However, in the conventional pulse tube refrigerator configured as described above, since the above-described adjustment range of the phase difference is limited by the gas compressor 2, it is necessary to sufficiently increase the phase difference. For example, there is a problem that the efficiency is lower than that of a Stirling refrigerator in which an expansion piston is provided in a low-temperature portion and a phase difference is forcibly provided by the piston. Also, the compression efficiency is reduced due to the sliding resistance between the cylinder 9 and the piston 10,
This also reduced the efficiency of the refrigerator.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のパ
ルスチューブ冷凍機にあっては、低温部に可動部を必要
としない利点を備えているが、効率が低いという問題が
あった。そこで本発明は、上述した利点を損なうことな
く冷凍効率の向上を図れるパルスチューブ冷凍機を提供
することを目的としている。
As described above, the conventional pulse tube refrigerator has the advantage of not requiring a movable part in the low temperature part, but has a problem of low efficiency. Accordingly, an object of the present invention is to provide a pulse tube refrigerator capable of improving the refrigeration efficiency without impairing the above-mentioned advantages.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直列接続し
てなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パルスチュー
ブの終端部に接続されたバッファータンクとを備え、前
記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷器を経由
させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆の経路で前
記ガス圧縮機に吸込ませるように構成し、かつ前記パル
スチューブの終端部を該終端部に直接接続されたオリフ
ィスバルブを介して前記バッファータンクに接続する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above purpose
A cold generator having at least a regenerator and a pulse tube connected in series, a gas compressor, and a buffer tank connected to an end of the pulse tube, and a refrigerant compressed by the gas compressor. An orifice configured to introduce gas into the pulse tube through the regenerator and then to suck the gas into the gas compressor in a reverse path, and to connect an end of the pulse tube directly to the end;
Connected to the buffer tank via a valve.

【0013】[0013]

【作用】パルスチューブとオリフィスバルブとの配管容
積をなくすことができるので、パルスチューブ内の圧力
変動の位相と冷却ガス変位の位相との間の位相差を大き
くでき、この結果効率を向上させることが可能になる。
[Function] Piping volume between pulse tube and orifice valve
Since the product can be eliminated, the phase difference between the phase of the pressure fluctuation in the pulse tube and the phase of the cooling gas displacement can be increased, and as a result, the efficiency can be improved.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
Embodiments will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1には本発明の一実施例に係るパルスチ
ューブ冷凍機の概略構成が示されている。なお、この図
では図7と同一要素部分が同一符号で示してある。した
がって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a pulse tube refrigerator according to one embodiment of the present invention. In this figure, the same elements as those of FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. Therefore, a detailed description of the overlapping part will be omitted.

【0016】この実施例に係るパルスチューブ冷凍機が
従来の冷凍機と異なる点は、パルスチューブ5の終端部
とバッファータンク17との間に適度な細密通気路を持
つポーラスプラグ20を介在させたことにある。
The pulse tube refrigerator according to this embodiment is different from the conventional refrigerator in that a porous plug 20 having an appropriate fine ventilation path is interposed between the end of the pulse tube 5 and the buffer tank 17. It is in.

【0017】このような構成であると、冷凍原理そのも
のは従来の冷凍機と変らないが、オリフィスバルブに代
え、ポーラスプラグ20を設けたことによってパルスチ
ューブ5内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相と
の間の位相差を大きくでき、効率を向上させることがで
きる。
With this configuration, the refrigeration principle itself is the same as that of the conventional refrigerator. However, by providing the porous plug 20 instead of the orifice valve, the phase of the pressure fluctuation in the pulse tube 5 and the refrigerant gas The phase difference between the displacement and the phase can be increased, and the efficiency can be improved.

【0018】図2には実施例に係るパルスチューブ冷凍
機と図7に示した従来のパルスチューブ冷凍機との80
Kにおける冷凍能力特性が示されている。なお、実験に
用いた冷凍機は次のようなものである。ガス圧縮機2は
内径60mm,ストローク15〜30mm、蓄冷器3は軸方
向長さ100mmで内径34mmおよび28mmの2種類、パ
ルスチューブ5は内径18mm, 軸方向長さ150mm、バ
ッファータンク17は内容積が1000ccである。
FIG. 2 shows the pulse tube refrigerator according to the embodiment and the conventional pulse tube refrigerator shown in FIG.
The refrigeration capacity characteristics at K are shown. The refrigerator used in the experiment is as follows. The gas compressor 2 has an inner diameter of 60 mm and a stroke of 15 to 30 mm. The regenerator 3 has an axial length of 100 mm and two types of inner diameters of 34 mm and 28 mm. Is 1000cc.

【0019】同図において、横軸は運転周波数を示して
いる。図中破線が従来の冷凍機の特性を示し、実線が本
実施例に係る冷凍機の特性を示している。本実施例に係
る冷凍機では、寒冷発生量を増加できるので、従来の冷
凍機に較べて高い冷凍能力特性を発揮している。
In FIG. 1, the horizontal axis represents the operating frequency. In the figure, the broken line indicates the characteristics of the conventional refrigerator, and the solid line indicates the characteristics of the refrigerator according to the present embodiment. In the refrigerator according to the present embodiment, since the amount of cold generated can be increased, the refrigerator exhibits higher refrigerating capacity characteristics than the conventional refrigerator.

【0020】なお、冷凍機によっては、ダブルインレッ
ト用の配管14を備えていないものがあるが、このよう
な冷凍機においてもポーラスプラグ20の使用は効果を
発揮する。
Although some refrigerators do not have the double inlet pipe 14, the use of the porous plug 20 is also effective in such a refrigerator.

【0021】図3には本発明の別の実施例に係るパルス
チューブ冷凍機が示されている。この図においは図1と
同一要素部分が同一符号で示されている。したがって、
重複する部分の詳しい説明は省略する。
FIG. 3 shows a pulse tube refrigerator according to another embodiment of the present invention. In this figure, the same elements as those in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals. Therefore,
A detailed description of the overlapping part will be omitted.

【0022】このパルスチューブ冷凍機が前記実施例と
異なる点は、パルスチューブ5の終端部が、この終端部
に直接接続されたオリフィスバルブ21を介してバッフ
ァータンク17に接続されるとともに上記終端部に直接
接続された調節バルブ22を介してダブルインレット用
の配管14に接続されていることにある。
The difference between this pulse tube refrigerator and the above embodiment is that the end of the pulse tube 5 is connected to the buffer tank 17 via an orifice valve 21 connected directly to this end, and the end of the pulse tube 5 is connected to the end of the pulse tube. Is connected to the pipe 14 for the double inlet via the control valve 22 directly connected to the second valve.

【0023】このような構成であると、冷凍原理そのも
のは従来の冷凍機と変らないが、パルスチューブ5とオ
リフィスバルブ21との間の配管容積およびパルスチュ
ーブ5と調節バルブ22との間の配管容積をそれぞれな
くすことができるので、パルスチューブ5内の圧力変動
の位相と冷媒ガスの変位の位相との間の位相差を大きく
でき、効率を向上させることができるので、到達最低温
度を低くできる。なお、ダブルインレット用の配管14
を備えていないものについても上記関係にオリフィスバ
ルブ21を設けることによって効果を期待できる。
With such a configuration, the refrigeration principle itself is the same as that of the conventional refrigerator, but the piping volume between the pulse tube 5 and the orifice valve 21 and the piping between the pulse tube 5 and the control valve 22 are set. Since the volumes can be eliminated, the phase difference between the phase of the pressure fluctuation in the pulse tube 5 and the phase of the displacement of the refrigerant gas can be increased, and the efficiency can be improved. . In addition, piping 14 for double inlet
For those that do not have the above, the effect can be expected by providing the orifice valve 21 in the above relationship.

【0024】図4には本発明の別の実施例に係るパルス
チューブ冷凍機が示されている。この図においても図1
および図7と同一要素部分が同一符号で示されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。こ
のパルスチューブ冷凍機が先の実施例と異なる点は、ガ
ス圧縮機2aの構成とガス通流系統とにある。
FIG. 4 shows a pulse tube refrigerator according to another embodiment of the present invention. Also in this figure, FIG.
The same elements as those of FIG. 7 are indicated by the same reference numerals.
Therefore, a detailed description of the overlapping part will be omitted. This pulse tube refrigerator differs from the previous embodiment in the configuration of the gas compressor 2a and the gas flow system.

【0025】ガス圧縮機2aは、シリンダ31とピスト
ン32とで構成された圧縮室33を備えてなる往復動式
のものである。シリンダ31の底部壁は閉じられてお
り、ピストンロッド34は上記底部壁を気密に、かつ摺
動自在に貫通して図示しない、たとえばボイスコイルモ
ータ式の駆動装置に連結されている。そして、圧縮室3
3は蓄冷器3の入口8に接続されており、またピストン
32を境にして圧縮室33とは反対側に形成された背面
室35は配管36および流量調整用のバルブ43を介し
てバッファータンク17に通じている。
The gas compressor 2a is of a reciprocating type having a compression chamber 33 composed of a cylinder 31 and a piston 32. The bottom wall of the cylinder 31 is closed, and the piston rod 34 penetrates the bottom wall in an airtight and slidable manner and is connected to a driving device (not shown), for example, a voice coil motor type. And compression chamber 3
3 is connected to the inlet 8 of the regenerator 3, and a back chamber 35 formed on the opposite side of the compression chamber 33 from the piston 32 is connected to a buffer tank via a pipe 36 and a valve 43 for adjusting the flow rate. It leads to 17.

【0026】シリンダ31の周壁は二重構造に形成され
ており、内側壁37はセラミックで形成されている。ピ
ストン32の外周面には環状溝が形成されており、この
環状溝にはシリンダ31とピストン32との間をシール
するシールリング38が装着されている。このシールリ
ング38は環状溝内に装着されたばね39の力によって
内側壁37に弱く押付けられている。さらに、ピストン
ロッド34の外部に突出している部分には鍔40が設け
てあり、この鍔40と静止部材41との間にはピストン
32を含む可動部分を支持するためのコイルばね42が
装着されている。このコイルばね42のばね定数は、ピ
ストン32に作用する冷媒ガスのガスばね定数より小さ
い値に設定されている。
The peripheral wall of the cylinder 31 is formed in a double structure, and the inner wall 37 is formed of ceramic. An annular groove is formed on the outer peripheral surface of the piston 32, and a seal ring 38 for sealing between the cylinder 31 and the piston 32 is mounted in the annular groove. The seal ring 38 is weakly pressed against the inner wall 37 by the force of a spring 39 mounted in the annular groove. Further, a flange 40 is provided at a portion protruding outside the piston rod 34, and a coil spring 42 for supporting a movable portion including the piston 32 is mounted between the flange 40 and the stationary member 41. ing. The spring constant of the coil spring 42 is set to a value smaller than the gas spring constant of the refrigerant gas acting on the piston 32.

【0027】このような構成であると、ピストン32が
図中上方に向け往動し、圧縮室33内の容積が小さくな
ると、圧縮された冷媒ガスが、一方においては蓄冷器3
内を通ってパルスチューブ5内へ流れ込み、他方におい
ては配管14を介してパルスチューブ5内およびバッフ
ァータンク17内へ流れ込む。このとき、バッファータ
ンク17内の一部の冷媒ガスは配管36を介して背面室
35内へと流れる。また、ピストン32が図中下方に向
け復動すると、パルスチューブ5内の冷媒ガスは、一方
においては蓄冷器3内を通って圧縮室33内に流れ込
み、他方においては配管14を介して圧縮室33内に流
れ込む。このとき、背面室35内の冷媒ガスが配管36
を介してバッファータンク17内に流れ、バッファータ
ンク17内の冷媒ガスが配管14内とパルスチューブ5
内へ流れる。このような冷媒ガスの流れに伴ってパルス
チューブ5内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。
With such a configuration, when the piston 32 moves upward in the figure and the volume in the compression chamber 33 is reduced, the compressed refrigerant gas and the regenerator 3
It flows into the pulse tube 5 through the inside, and on the other hand, flows into the pulse tube 5 and the buffer tank 17 via the pipe 14. At this time, a part of the refrigerant gas in the buffer tank 17 flows into the rear chamber 35 via the pipe 36. When the piston 32 moves downward in the drawing, the refrigerant gas in the pulse tube 5 flows into the compression chamber 33 through the regenerator 3 on the one hand, and into the compression chamber via the pipe 14 on the other hand. It flows into 33. At this time, the refrigerant gas in the rear chamber 35 is
Flows into the buffer tank 17 through the pipe, and the refrigerant gas in the buffer tank 17 flows through the pipe 14 and the pulse tube 5.
Flows inside. A pressure fluctuation occurs in the pulse tube 5 with the flow of the refrigerant gas, and cold occurs.

【0028】そして、この場合には、ピストン32に作
用する冷媒ガスのガスばね定数より小さいばね定数に設
定されたコイルばね42でピストン32を含む可動部分
を支持しているので、ピストン32が傾くようなことは
ない。したがって、シールリング38が、いわゆる片当
たりすることがないので、シリンダ31とピストン32
との間を確実にシールできるばかりか、摺動抵抗を小さ
くでき、結局、冷凍機としての効率を向上させることが
できる。また、この構成であると、ピストン32の重量
を調節してピストン32の共振周波数を冷凍効率の大き
い周波数帯に一致させることができる。したがって、冷
凍効率を一層向上させることができる。図5にはパルス
チューブ冷凍機の使用例が示されている。
In this case, since the movable portion including the piston 32 is supported by the coil spring 42 having a smaller spring constant than the gas spring constant of the refrigerant gas acting on the piston 32, the piston 32 tilts. There is no such thing. Therefore, since the seal ring 38 does not hit one side, the cylinder 31 and the piston 32
Not only can be reliably sealed, but also the sliding resistance can be reduced, and as a result, the efficiency as a refrigerator can be improved. Further, with this configuration, the resonance frequency of the piston 32 can be adjusted to a frequency band with a high refrigeration efficiency by adjusting the weight of the piston 32. Therefore, the refrigeration efficiency can be further improved. FIG. 5 shows an example of use of a pulse tube refrigerator.

【0029】ここには断熱容器の内槽をパルスチューブ
冷凍機で冷却している例が示されている。すなわち、図
中51は断熱容器の内槽を示し、52は外槽を示し、5
3は内槽51と外槽52との間に形成された真空断熱層
を示している。
Here, an example in which the inner tank of the heat insulating container is cooled by a pulse tube refrigerator is shown. That is, in the figure, 51 indicates the inner tank of the heat insulating container, 52 indicates the outer tank, and 5
Reference numeral 3 denotes a vacuum heat insulating layer formed between the inner tank 51 and the outer tank 52.

【0030】真空断熱層53内には、1段蓄冷器3a、
低温熱交換部4a、1段パルスチューブ5aが直列に接
続されている。また、低温熱交換部4aは2段蓄冷器3
b、内槽51に熱的に接続された低温熱交換部4bを介
して2段パルスチューブ5bに接続されている。この例
の場合、2段パルスチューブ5bは、軸方向の長さが1
段パルスチューブ5aの2倍以上に設定されている。そ
して、2段パルスチューブ5bの外周面で軸方向の中間
位置と低温熱交換部4aとが熱伝導体54で接続されて
いる。また、1段蓄冷器3aの入口は、外槽52を気密
に貫通して設けられた配管55を介してガス圧縮機2に
接続されている。同様に、1段パルスチューブ5aの終
端および2段パルスチューブ5bの終端は、それぞれ外
槽52を気密に貫通して設けられた配管56,57、オ
リフィスバルブ16a,16bを介してバッファータン
ク17a,17bに接続されている。
In the vacuum heat insulating layer 53, the one-stage regenerator 3a,
The low-temperature heat exchange section 4a and the first-stage pulse tube 5a are connected in series. Further, the low-temperature heat exchange section 4a is a two-stage regenerator 3
b, connected to the second-stage pulse tube 5b via a low-temperature heat exchange section 4b thermally connected to the inner tank 51. In this example, the two-stage pulse tube 5b has an axial length of 1
It is set to be at least twice as large as that of the step pulse tube 5a. An intermediate position in the axial direction on the outer peripheral surface of the second-stage pulse tube 5b and the low-temperature heat exchange section 4a are connected by a heat conductor 54. The inlet of the one-stage regenerator 3a is connected to the gas compressor 2 via a pipe 55 provided to penetrate the outer tank 52 airtightly. Similarly, the end of the first-stage pulse tube 5a and the end of the second-stage pulse tube 5b are respectively connected to the buffer tanks 17a and 17a via pipes 56 and 57 and orifice valves 16a and 16b provided through the outer tank 52 in an airtight manner. 17b.

【0031】このような配置であると、低温熱交換部4
aより低温熱交換部4bの温度が低くなり、この低温で
内槽51が冷却されることになる。また、この場合には
2つのオリフィスバルブ16a,16bおよび2つのバ
ッファータンク17a,17bを露出させることができ
るので、調整および保守の容易化を図ることができる。
このように配置されるパルスチューブ冷凍機において
も、先に各実施例において説明した手法を採用して冷凍
効率を向上させることができる。図6にはパルスチュー
ブ冷凍機の別の使用例が示されている。
With such an arrangement, the low-temperature heat exchange section 4
The temperature of the low-temperature heat exchange section 4b is lower than a, and the inner tank 51 is cooled at this low temperature. In this case, since the two orifice valves 16a and 16b and the two buffer tanks 17a and 17b can be exposed, adjustment and maintenance can be facilitated.
Also in the pulse tube refrigerator arranged in this manner, the refrigeration efficiency can be improved by employing the method described in each of the embodiments. FIG. 6 shows another example of use of the pulse tube refrigerator.

【0032】一般に、真空断熱層を備えた断熱容器で
は、輻射による熱侵入を防止するために真空断熱層内に
熱シールド板を設け、この熱シールド板を所定温度に冷
却することが行われている。図6に示す例では、熱シー
ルド板の冷却と熱シールド板の支持とをパルスチューブ
冷凍機で行わせている。すなわち、図中61は断熱容器
の内槽を示し、62は外槽を示し、63は内槽61と外
槽62との間に形成された真空断熱層を示し、64は真
空断熱層63内に内槽61を囲むように配置された熱シ
ールド板を示している。
Generally, in a heat insulating container provided with a vacuum heat insulating layer, a heat shield plate is provided in the vacuum heat insulating layer to prevent heat from entering by radiation, and the heat shield plate is cooled to a predetermined temperature. I have. In the example shown in FIG. 6, the cooling of the heat shield plate and the support of the heat shield plate are performed by a pulse tube refrigerator. That is, in the figure, 61 indicates the inner tank of the heat insulating container, 62 indicates the outer tank, 63 indicates the vacuum heat insulating layer formed between the inner tank 61 and the outer tank 62, and 64 indicates the inside of the vacuum heat insulating layer 63. 2 shows a heat shield plate arranged so as to surround the inner tank 61.

【0033】外槽62と熱シールド板63との間にパル
スチューブ冷凍機の蓄冷器3とパルスチューブ5とが外
槽62に対して熱シールド板64を支持する支持材を兼
ねて配置され、また低温熱交換部4が熱シールド板64
に熱的に接続されている。なお、図中65は液体ヘリウ
ム等の極低温液体を示し、66は断熱支持材を示してい
る。
The regenerator 3 and the pulse tube 5 of the pulse tube refrigerator are disposed between the outer tub 62 and the heat shield plate 63 so as to also serve as a support for supporting the heat shield plate 64 with respect to the outer tub 62. Further, the low-temperature heat exchanging section 4 is a heat shield plate 64.
Is thermally connected to In the drawing, reference numeral 65 denotes a cryogenic liquid such as liquid helium, and 66 denotes a heat insulating support.

【0034】この例では、1箇所だけにパルスチューブ
冷凍機を設けているが、熱シールド板64を支持してい
る複数の断熱支持材66の全部あるいは複数個をパルス
チューブ冷凍機に置換えてもよい。
In this example, the pulse tube refrigerator is provided only at one place. However, all or a plurality of the heat insulating support members 66 supporting the heat shield plate 64 may be replaced with the pulse tube refrigerator. Good.

【0035】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した各実施例は、蓄冷
器内全体に同一組成の蓄冷材を充填しているが、たとえ
ば蓄冷材としてステンレス鋼のメッシュと銅のメッシュ
とを用いる場合には、ステンレス鋼のメッシュを蓄冷器
の高温側に、銅のメッシュを蓄冷器の低温側に充填する
ことによって効率を向上させることができる。つまり、
比熱の大きいものを低温側に充填すればよい。また、図
4に示される以外のパルスチューブ冷凍機では、往復動
式のガス圧縮機以外のガス圧縮機に代えてもよい。この
場合には、吐出,吸込みを切換えるためのバルブを必要
とすることは勿論である。
The present invention is not limited to the embodiment described above. That is, in each of the above-described embodiments, the entire cold storage unit is filled with the cold storage material having the same composition.For example, when a stainless steel mesh and a copper mesh are used as the cold storage material, the stainless steel mesh is used. Efficiency can be improved by filling the high-temperature side of the regenerator with a copper mesh on the low-temperature side of the regenerator. That is,
What has a large specific heat should just be filled on the low temperature side. Further, in a pulse tube refrigerator other than that shown in FIG. 4, a gas compressor other than a reciprocating gas compressor may be used. In this case, needless to say, a valve for switching between discharge and suction is required.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率の高いパルスチューブ冷凍機を提供できる。
As described above, according to the present invention,
A highly efficient pulse tube refrigerator can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pulse tube refrigerator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同冷凍機の80Kにおける冷凍能力特性を従来
の冷凍機のそれと比較して示す図
FIG. 2 is a diagram showing a refrigerating capacity characteristic of the refrigerator at 80K in comparison with that of a conventional refrigerator;

【図3】本発明の第2の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a pulse tube refrigerator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a pulse tube refrigerator according to a third embodiment of the present invention.

【図5】パルスチューブ冷凍機の使用例を説明するため
の概略図
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of use of a pulse tube refrigerator.

【図6】パルスチューブ冷凍機の別の使用例を説明する
ための概略図
FIG. 6 is a schematic view for explaining another example of use of the pulse tube refrigerator.

【図7】従来のパルスチューブ冷凍機の概略構成図FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional pulse tube refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…寒冷発生器 2,2a…ガス圧
縮機 3…蓄冷器 4…低温熱交換器 5…パルスチューブ 14…配管 15…調節バルブ 16…オリフィス
バルブ 17…バッファータンク 20…ポーラスプ
ラグ 21…オリフィスバルブ 22…調節バルブ 31…シリンダ 32…ピストン 33…圧縮室 34…ピストンロ
ッド 35…背面室 36…配管 37…内側壁 38…シールリン
グ 39…ばね 42…コイルばね
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cold generator 2, 2a ... Gas compressor 3 ... Regenerator 4 ... Low temperature heat exchanger 5 ... Pulse tube 14 ... Piping 15 ... Control valve 16 ... Orifice valve 17 ... Buffer tank 20 ... Porous plug 21 ... Orifice valve 22 ... Control valve 31 ... Cylinder 32 ... Piston 33 ... Compression chamber 34 ... Piston rod 35 ... Back chamber 36 ... Piping 37 ... Inner wall 38 ... Seal ring 39 ... Spring 42 ... Coil spring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 洋一 千葉県船橋市大穴北2−3−3 (56)参考文献 特開 平4−225755(JP,A) 特開 平4−165269(JP,A) 特開 平2−298764(JP,A) 特開 平4−268168(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 9/00 311 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoichi Matsubara 2-3-3 Oanakita, Funabashi City, Chiba Prefecture (56) References JP-A-4-225755 (JP, A) JP-A-4-165269 (JP, A) JP-A-2-298764 (JP, A) JP-A-4-268168 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F25B 9/00 311

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを
直列接続してなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パ
ルスチューブの終端部に接続されたバッファータンクと
を備え、前記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄
冷器を経由させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆
の経路で前記ガス圧縮機に吸込ませるように構成されて
なるパルスチューブ冷凍機において、前記パルスチュー
ブの終端部が該終端部に直接接続されたオリフィスバル
ブを介して前記バッファータンクに接続されてなるパル
スチューブ冷凍機。
1. A cold generator comprising at least a regenerator and a pulse tube connected in series, a gas compressor, and a buffer tank connected to an end portion of the pulse tube, wherein the compressor is compressed by the gas compressor. In the pulse tube refrigerator configured to introduce the refrigerant gas into the pulse tube through the regenerator and then into the pulse compressor through a reverse path, the terminal end of the pulse tube is A pulse tube refrigerator connected to the buffer tank via an orifice valve directly connected to the terminal portion.
【請求項2】 前記蓄冷器の入口と前記パルスチューブ
の終端部とが該終端部に直接接続された調節バルブを持
つダブルインレット通路で接続されていることを特徴と
する請求項1に記載のパルスチューブ冷凍機。
2. The method according to claim 1, wherein the inlet of the regenerator and the end of the pulse tube are connected by a double inlet passage having a control valve directly connected to the end. Pulse tube refrigerator.
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